
MOS结构及其特性解析
2.1 MOS的阈值电压Vth
考虑一个与外部电压相连的NFET。当栅极电压VG从0开始增加时,由于栅极、介电体和衬底形成了一个电容器,随着VG变得更正,p衬底上的空穴被排斥出栅极区域,留下负离子,从而在栅极上形成电荷。这一过程产生了一个耗尽区(图1)。没有电流流动,因为没有可用的载流子。随着VG的增大,耗尽区的宽度和氧化硅界面电位也随之增大。这种结构类似于由两个串联电容器组成的分压器:栅-氧化层-硅表面电容器和耗尽区电容器(图2)。当界面电位达到足够正的值时,电子从源极流向界面,并最终流向漏极。我们定义此时的VG为阈值电压VTH。在S和D之间的栅极氧化物下形成了电荷载流子的“通道”,晶体管处于“开启”状态。当VG进一步升高时,耗尽区电荷相对稳定,而通道电荷密度继续增加,导致从S到D的电流增大。
PMOS器件的开启现象与NMOS器件相似,但极性完全相反。当栅极-源极电压达到足够负值时,在氧化硅界面形成由孔组成的反转层,从而在源极和漏极之间形成传导通路。PMOS器件的阈值电压通常为负。
2.2 I/V特性的推导
